(57)【要約】【課題】制御信号のダイナミックレンジを高くすることなく高精度に電力レベルを制御できるレベル検出装置およびレベルコントロール装置を提供する。【解決手段】入力の高周波信号は、可変利得増幅器２で一定レベルまで増幅されて高周波検波器４で検波され、比較器６にて基準電圧５と比較される。比較器６には比較結果の誤差に応じて比較電圧が発生し、これを可変利得増幅器２の制御電圧として負帰還をかけることで、可変利得増幅器２の出力レベルを一定に保つ。これにより、可変利得増幅器２は入力の高周波信号に対応し制御電圧が変化することになり、制御電圧出力端子３の制御電圧を読み出すことで、高周波信号のレベルを測定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を入力し、利得を制御する制御電圧に対して前記利得が指数関数的に変化する可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器により増幅した高周波信号の電圧を検波する高周波検波器と、前記高周波検波器により検波した電圧と基準電圧を比較した比較電圧を前記可変利得増幅器の制御電圧として出力する比較器とを備え、前記可変利得増幅器の制御電圧により高周波信号のレベルを検出することを特徴とするレベル検出装置。
【請求項２】
前記可変利得増幅器が、利得を制御する制御電圧をベース／エミッタ間に印加するバイポーラトランジスタを有し、前記利得が前記バイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流に比例することを特徴とする請求項１記載のレベル検出装置。
【請求項３】
前記可変利得増幅器が、利得を制御する制御電圧を印加するダイオードを有し、前記利得が前記ダイオードに流れる電流に比例することを特徴とする請求項１記載のレベル検出装置。
【請求項４】
高周波信号を入力し、利得を制御する第１の制御電圧を入力する高周波増幅器と、前記高周波増幅器の出力から一部の電力を抽出してなる高周波信号を入力し、利得を制御する第２の制御電圧に対して前記利得が指数関数的に変化する可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器により増幅した高周波信号の電圧を検波する高周波検波器と、前記高周波検波器により検波した電圧と基準電圧を比較した比較電圧を前記高周波増幅器の第１の制御電圧として出力する比較器とを備え、前記可変利得増幅器の第２の制御電圧により前記高周波増幅器の出力信号のレベルをコントロールすることを特徴とするレベルコントロール装置。
【請求項５】
前記可変利得増幅器が、利得を制御する制御電圧をベース／エミッタ間に印加するバイポーラトランジスタを有し、前記利得が前記バイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流に比例することを特徴とする請求項４記載のレベルコントロール装置。
【請求項６】
前記可変利得増幅器が、利得を制御する制御電圧を印加するダイオードを有し、前記利得が前記ダイオードに流れる電流に比例することを特徴とする請求項４記載のレベルコントロール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送受信機において信号のレベルを検出し、また信号のレベルを制御する制御電圧に対し利得が指数関数的に変化する可変利得増幅器を有するレベル検出装置およびレベルコントロール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線機器の普及に伴って多くの利用者を収容できるようにするため、互いに他の利用者の無線信号に妨害を与えないように個々の無線機の送信信号レベルを広範囲にしかも立上り、立下り特性を正確に制御する技術が提案されている。
【０００３】
以下、図５，図６を参照しながら、特許文献１に示されている、出力電力の自動制御を行う高周波電力のレベルコントロール装置について説明する。
【０００４】
図５において、５１は高周波信号入力端子、５２は高周波電力増幅器、５３は増幅された高周波信号を出力する高周波信号出力端子、５４はパワーレベル切替制御信号、５５，５９は可変減衰器、５６は高周波信号の検波回路、５７は基準電圧、５８は、検波回路５６から出力される検波電圧と基準電圧５７を比較して得られる比較結果を出力し、さらに低域通過フィルタ特性を施す比較・平滑化回路である。
【０００５】
次に、レベルコントロール装置の動作について説明する。高周波信号入力端子５１から入力された高周波信号は、高周波電力増幅器５２で増幅され高周波信号出力端子５３から出力されると同時にその一部が抽出され後述する処理を経た後、高周波電力増幅器５２に負帰還を施すことにより出力電力を制御し安定化している。高周波信号出力端子５３から一部が抽出された電力は可変減衰器５５に入力され、可変減衰器５５の減衰量はパワーレベル切替制御信号５４を用いて、高周波信号出力端子５３から大電力を出力する時には減衰量を大きく、高周波信号出力端子５３から小電力を出力する時には減衰量を小さくして、可変減衰器５５の出力レベルが一定になるように制御される。
【０００６】
可変減衰器５５の制御特性は、例えば図６に示すように、制御信号の設定値に応じて減衰度が一様に変化するものであれば任意の特性で構わない。検波回路５６は可変減衰器５５の出力を検波し、検波して得られた電圧は比較・平滑化回路５８で基準電圧５７と比較される。この比較結果の誤差信号は同時に比較・平滑化回路５８で平滑化され、可変減衰器５９を経て高周波電力増幅器５２に負帰還される。以上の動作により、パワーレベル切替制御信号５４に応じて、高周波信号出力端子５３から出力される電力を制御することができる。
【特許文献１】特開平４−３１６２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、出力電力を広範囲にわたって精度よく制御するためには、可変減衰器の分解能に所望の性能が要求される。パワーレベル切替制御信号に対する減衰度の感度（以下、制御感度という）が制御信号の設定値によって変動する場合は、最も感度が高い制御信号設定範囲においても出力電力を必要な精度で制御するために制御信号の分解能が高いことが要求される。また同時に、一部の制御信号設定範囲において制御感度が低くても、出力電力を広範囲にわたって制御するためには、制御信号のフルスケールが高いことも要求される。したがって、制御信号を生成する制御信号生成回路に極めて高いダイナミックレンジが必要とされるという問題があった。また、可変減衰器の固体偏差を補正するために、減衰度の設定値ごとに必要な制御信号データを格納するメモリが必要とされるが、そのメモリの容量が増大するという問題もあった。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、制御信号のダイナミックレンジを高くすることなく高精度に電力レベルを制御できるレベル検出装置およびレベルコントロール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明に係るレベル検出装置は、高周波信号を入力し、利得を制御する制御電圧に対して利得が指数関数的に変化する可変利得増幅器と、可変利得増幅器により増幅した高周波信号の電圧を検波する高周波検波器と、高周波検波器により検波した電圧と基準電圧を比較した比較電圧を可変利得増幅器の制御電圧として出力する比較器とを備え、可変利得増幅器の制御電圧により高周波信号のレベルを検出することを特徴とする。
【００１０】
また、前記レベル検出装置の可変利得増幅器が、利得を制御する制御電圧をベース／エミッタ間に印加するバイポーラトランジスタを有し、利得がバイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流に比例すること、または、利得を制御する制御電圧を印加するダイオードを有し、利得がダイオードに流れる電流に比例することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の係るレベルコントロール装置は、高周波信号を入力し、利得を制御する第１の制御電圧を入力する高周波増幅器と、高周波増幅器の出力から一部の電力を抽出してなる高周波信号を入力し、利得を制御する第２の制御電圧に対して利得が指数関数的に変化する可変利得増幅器と、可変利得増幅器により増幅した高周波信号の電圧を検波する高周波検波器と、高周波検波器により検波した電圧と基準電圧を比較した比較電圧を高周波増幅器の第１の制御電圧として出力する比較器とを備え、可変利得増幅器の第２の制御電圧により高周波増幅器の出力信号のレベルをコントロールすることを特徴とする。
【００１２】
また、レベルコントロール装置の可変利得増幅器が、利得を制御する制御電圧をベース／エミッタ間に印加するバイポーラトランジスタを有し、利得がバイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流に比例すること、または、利得を制御する制御電圧を印加するダイオードを有し、利得がダイオードに流れる電流に比例することを特徴とする。
【００１３】
前記構成のレベル検出装置は、高周波信号のレベルを可変利得増幅器の制御電圧という形で取り出し、制御電圧は高周波信号のレベルに対して直線的に変化するため、制御電圧読取装置のダイナミックレンジが低くても高精度に高周波信号のレベルを検出でき、また、レベルコントロール装置は、可変利得増幅器に与える第２の制御電圧に対して高周波増幅器の出力レベルが直線的に変化し、第２の制御電圧を生成するための制御電圧生成装置のダイナミックレンジが低くても高精度に高周波増幅器の出力信号のレベルをコントロールできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るレベル検出装置によれば、高周波信号のレベルを可変利得増幅器の制御電圧という形で取り出すことができ、しかもその制御電圧は高周波信号のレベルに対して直線的に変化するため、制御電圧読取装置のダイナミックレンジが低くても高精度に高周波信号のレベルを検出することができ、また、本発明に係るレベルコントロール装置によれば、可変利得増幅器に与える第２の制御電圧に対して高周波増幅器の出力レベルが直線的に変化するため、第２の制御電圧を生成するための制御電圧を生成する装置のダイナミックレンジが低くても高精度に高周波増幅器の出力信号のレベルをコントロールすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態１おけるレベル検出装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、１はレベル検出を行う対象となる高周波信号が入力される被測定高周波信号入力端子、２は利得を制御する制御電圧に対し利得が指数関数的に変化する可変利得増幅器、３は可変利得増幅器２の制御電圧を読み出すための制御電圧出力端子、４は可変利得増幅器２から出力される高周波信号を検波する高周波検波器、５は基準電圧、６は高周波検波器４から出力された検波電圧と基準電圧５を比較した結果を可変利得増幅器２の制御電圧として出力する比較器である。
【００１７】
次に、レベル検出装置の動作について説明する。被測定高周波信号入力端子１から入力された高周波信号は、可変利得増幅器２で増幅される。可変利得増幅器２の利得を制御する制御電圧には後述の負帰還が施されることで出力レベルは常に一定に保たれる。したがって、被測定高周波信号入力端子１から入力された高周波信号に対応して制御電圧が変化することとなり、制御電圧出力端子３から制御電圧を読み出すことにより、高周波信号のレベルを測定することができる。
【００１８】
可変利得増幅器２で一定レベルまで増幅された高周波信号は高周波検波器４で検波され、検波後の電圧が比較器６で基準電圧５と比較される。比較器６の出力には比較結果の誤差に応じて比較電圧が発生し、この比較電圧を可変利得増幅器２の制御電圧として負帰還をかけることで、可変利得増幅器２の出力レベルは常に一定に保たれる。
【００１９】
可変利得増幅器２の制御特性を図２に示す。制御電圧に対し利得が指数関数的に変化するため、対数軸で表現した利得は制御電圧に対し直線的に変化する。このような制御特性を実現する可変利得増幅器２の回路の具体例を図３に示す。可変利得増幅器２は、バイポーラトランジスタＱ１、電界効果トランジスタＭ１〜Ｍ８、抵抗Ｒ１，Ｒ２、バイアス電圧源ＶＢ、バイアス電流源ＩＢからなる。
【００２０】
高周波信号は信号入力端子３３から入力され、信号出力端子３４から出力される。利得は制御電圧３１を制御電圧入力端子３２に与えることで制御される。信号入力端子３３から入力された高周波信号は、電界効果トランジスタＭ７，Ｍ８で電流信号に変換され電界効果トランジスタＭ３，Ｍ６を通り、抵抗Ｒ１，Ｒ２で電圧信号に変換され信号出力端子３４から出力される。電界効果トランジスタＭ３とＭ４に流れる電流の比および電界効果トランジスタＭ６とＭ５に流れる電流の比は、電界効果トランジスタＭ１とＭ２に流れる電流の比に比例する。
【００２１】
電界効果トランジスタＭ１に流れる電流は、制御電圧３１によってバイポーラトランジスタＱ１のベース／エミッタ間電圧が変化することで制御することができる。バイポーラトランジスタＱ１に流れる電流がベース／エミッタ間電圧に対して指数関数的に変化することは周知の事実である。したがって、制御電圧３１に応じて電界効果トランジスタＭ３，Ｍ６に流れる電流が指数関数的に変化することとなり、その結果、利得も指数関数的に変化する。
【００２２】
なお、図３では指数関数的に変化する電流をバイポーラトランジスタＱ１で生成したが、ダイオードを用いて同様に指数関数的に変化する電流を生成する回路を構成することは、同業者であれば容易である。
【００２３】
以上説明したように実施の形態１によると、被測定高周波信号入力端子１から入力された高周波信号に対応して可変利得増幅器２の制御電圧が変化し、その制御電圧を制御電圧出力端子３から読み出すことにより、高周波信号のレベルを測定することができる。しかも可変利得増幅器２の利得が指数関数的に変化することから、対数軸で表した高周波信号のレベルと制御電圧は直線の関係になり、制御電圧読取装置のダイナミックレンジが低くても高精度に高周波信号のレベルを測定することができる。
【００２４】
例えば、ＡＤコンバータを用いて制御電圧を検出する場合には分解能の低いＡＤコンバータを使用することが可能になる。また、高周波検波器４に入力される高周波信号のレベルが一定のため、高周波検波器４の検波特性に依存せず高精度にレベル検出を行うことができるという効果も有する。
【００２５】
図４は本発明の実施の形態２におけるレベルコントロール装置の概略構成を示すブロック図である。図４において、４１は高周波信号入力端子、４２は高周波増幅器、４３は増幅された高周波信号を出力する高周波信号出力端子であり、可変利得増幅器２、高周波検波器４、基準電圧５、比較器６は実施の形態１を示す図１で説明したものと同じはたらきをする。ただし、比較器６から出力される比較電圧は、第１の制御電圧として高周波増幅器４２の利得を制御するために与えられる。また、可変利得増幅器２の利得を制御する制御電圧は、第２の制御電圧として制御電圧入力端子４４から入力される。
【００２６】
次に、レベルコントロール装置の動作について説明する。高周波信号入力端子４１から入力された高周波信号は高周波増幅器４２で増幅され高周波信号出力端子４３から出力されると同時にその一部が抽出され後述の処理を経た後、高周波増幅器４２に負帰還を施すことにより出力レベルを制御し安定化している。
【００２７】
高周波信号出力端子４３から一部が抽出された高周波信号は可変利得増幅器２に入力され、可変利得増幅器２の利得は制御電圧入力端子４４から入力される第２の制御電圧を用いて、高周波信号出力端子４３から大振幅を出力する時には利得を小さく、高周波信号出力端子４３から小振幅を出力する時には利得を大きくして、可変利得増幅器２の出力レベルが一定になるように制御される。
【００２８】
また、可変利得増幅器２の制御特性は図２に示したように、第２の制御電圧の設定値に応じて対数軸で表した利得が直線的に変化する。高周波検波器４は可変利得増幅器２の出力を検波し、検波して得られた電圧は比較器６で基準電圧５と比較される。この比較結果の誤差信号は高周波増幅器４２の第１の制御電圧として負帰還される。以上の動作により、制御電圧入力端子４４から入力される第２の制御電圧に応じて、高周波信号出力端子４３から出力されるレベルを制御することができる。
【００２９】
本実施の形態２によると、可変利得増幅器２に与える第２の制御電圧に対して高周波増幅器４２の出力レベルが直線的に変化するため、第２の制御電圧を生成するための制御電圧生成装置のダイナミックレンジが低くても高精度に高周波増幅器４２の出力信号のレベルをコントロールすることができる。
【００３０】
例えば、第２の制御電圧を生成するためＤＡコンバータを用いる場合は、分解能の低いＤＡコンバータを使用することが可能になる。また、可変利得増幅器２に固体偏差があったとしても、可変利得増幅器２の対数軸表示の利得は第２の制御電圧に対して直線的に変化するため、固体偏差を補正する制御電圧データを第２の制御電圧の設定値ごとに用意する必要がなく、制御電圧データを格納するメモリ容量も少なくてすむという利点も有する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係るレベル検出装置は、高周波信号のレベルを可変利得増幅器の制御電圧として取り出すことができ、その制御電圧は高周波信号のレベルに対して直線的に変化するため、制御電圧読取装置のダイナミックレンジが低くても高精度に高周波信号のレベルを検出すること、また、レベルコントロール装置は可変利得増幅器に与える第２の制御電圧に対して高周波増幅器の出力レベルが直線的に変化するため、第２の制御電圧を生成する制御電圧生成装置のダイナミックレンジが低くても高精度に高周波増幅器の出力信号のレベルをコントロールすることができ、無線送受信機において信号のレベルを検出し、また信号のレベルを制御する装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１おけるレベル検出装置の概略構成を示すブロック図
【図２】可変利得増幅器の制御特性を示す図
【図３】可変利得増幅器の具体例を示す回路図
【図４】本発明の実施の形態２におけるレベルコントロール装置の概略構成を示すブロック図
【図５】従来のレベルコントロール装置の概略構成を示すブロック図
【図６】可変減衰器の制御特性を示す図
【符号の説明】
【００３３】
１  被測定高周波信号入力端子
２  可変利得増幅器
３  制御電圧出力端子
４  高周波検波器
５  基準電圧
６  比較器
３１  制御電圧
３２  制御電圧入力端子
３３  信号入力端子
３４  信号出力端子
４１  高周波信号入力端子
４２  高周波増幅器
４３  高周波信号出力端子
４４  制御電圧入力端子
５１  高周波信号入力端子
５２  高周波電力増幅器
５３  高周波信号出力端子
５４  パワーレベル切替制御信号
５５，５９  可変減衰器
５６  検波回路
５７  基準電圧
５８  比較・平滑化回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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